雷達原理-第二章-雷達發(fā)射機ppt課件

1、第二章 雷達發(fā)射機,提 綱,1.雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成 2.雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標 3.單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機 4.固態(tài)發(fā)射機 5.脈沖調(diào)制器：提供合適的視頻調(diào)制脈沖,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,一、發(fā)射機的任務(wù) 二、發(fā)射機的分類與組,一、發(fā)射機的任務(wù) 產(chǎn)生大功率的特定調(diào)制的電磁振蕩即射頻信號。 對于常見的脈沖雷達，要求發(fā)射機產(chǎn)生具有一定寬度、一定重復(fù)頻率、一定波形的大功率射頻脈沖列,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,射頻信號_補充1,射頻（Radio Frequency，RF）：是指該頻率的載波功率能通過天線發(fā)射出去，以交變的電磁場形式在自由空間以光速傳播，碰到不同介質(zhì)時傳播速

2、率發(fā)生變化，也會發(fā)生電磁波反射、折射、繞射、穿透等，引起各種損耗,噪聲系數(shù)：一般定義為輸出信噪比與輸入信噪比的比值，實際使用中化為分貝來計算。單位用dB。 耦合度：耦合端口與輸入端口的功率比, 單位用dB。 隔離度：本振或信號泄露到其他端口的功率與原有功率之比，單位dB,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,天線增益（dB）：指天線將發(fā)射功率往某一指定方向集中輻射的能力。一般把天線的最大輻射方向上的場強E與理想各向同性天線均勻輻射場場強E0相比，以功率密度增加的倍數(shù)定義為增益。Ga=E2/ E02 天線方向圖：是天線輻射出的電磁波在自由空間存在的范圍。方向圖寬度一般是指主瓣寬度即從最大值下降一半時兩

3、點所張的夾角。 E面方向圖指與電場平行的平面內(nèi)輻射方向圖； H面方向圖指與磁場平行的平面內(nèi)輻射方向圖。 一般是方向圖越寬，增益越低；方向圖越窄，增益越高,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,功率單位簡介_補充2,絕對功率的dB表示 射頻信號的絕對功率常用dBm、dBW表示，它與mW、W的換算關(guān)系如下： 例如：信號功率為x W，利用dBm表示時其大小為,例如：1W等于30dBm，等于0dBW,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,相對功率的dB表示 射頻信號的相對功率常用dB和dBc兩種形式表示，其區(qū)別在于：dB是任意兩個功率的比值的對數(shù)表示形式，而dBc是某一頻點輸出功率和載頻輸出功率的比值的對數(shù)表示形

4、式,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,天線傳播相關(guān)單位簡介 _補充3,天線增益 天線增益一般由dBi或dBd表示。dBi是指天線相對于無方向天線的功率能量密度之比，dBd是指相對于半波振子Dipole 的功率能量密度之比，半波振子的增益為2.15dBi，因此0dBd=2.15dBi,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,信號調(diào)制_補充4,什么叫調(diào)制? 調(diào)制是將需要傳輸?shù)男畔⒕幋a和處理，使其適合傳輸?shù)倪^程。一般的調(diào)制過程是指將基帶信號搬移到更高的頻帶內(nèi)。 為什么需要調(diào)制? （1）基帶信號一般不適合直接傳輸，需要將其移至適合在傳輸媒介傳輸和頻帶范圍內(nèi)。 （2）提高頻率利用效率。 （3）利用較高的頻帶傳輸信

5、號可有效降低接收和發(fā)送天線的尺寸,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,模擬調(diào)制：被調(diào)制信號為模擬信號. 分為: 幅度調(diào)制(AM)，頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM) 數(shù)字調(diào)制：被調(diào)制信號為數(shù)字信號。 分為：振幅鍵控(ASK)，頻移鍵控(FSK)，相移鍵控(QSK)，開關(guān)鍵控調(diào)制(OOK)以及ASK與PSK的組合調(diào)制如(DPSK，QPSK，8PSK等,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,模擬調(diào)制: AM FM PM PM其實也是頻率調(diào)制，只是調(diào)制時對頻率的控制精度更高,調(diào)制電路也較為復(fù)雜,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,數(shù)字調(diào)制: ASK FSK PSK OOK,1:雷達

6、發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,單級振蕩式發(fā)射機 主振放大式發(fā)射機,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,二、發(fā)射機的分類與組成,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,單級振蕩式：大功率電磁振蕩產(chǎn)生與調(diào)制同時完成（一個器件,單級振蕩式發(fā)射機,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,定時器提供以 為間隔的脈沖觸發(fā)信號。 脈沖調(diào)制器：在觸發(fā)脈沖信號激勵下產(chǎn)生脈寬為 的大功率視頻脈沖信號。 大功率射頻振蕩器：產(chǎn)生大功率射頻信號。 特點：簡單，廉價，高效，難以產(chǎn)生復(fù)雜調(diào)制，頻率穩(wěn)定性差，,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,主振放大式發(fā)射機,主振放大式（主控振蕩器加上射頻放大鏈）：先產(chǎn)生小功率的CW （Continuous Wave

7、）振蕩，再分多級進行調(diào)制和放大,固體微波源產(chǎn)生 如下五種頻率： 1、射頻發(fā)射信號 頻率 ； 2、本振信號頻率 ； 3、中頻相干振蕩 頻率 ； 4、定時觸發(fā)脈沖 頻率 ； 5、時鐘頻率,1:雷達發(fā)射機的任務(wù)和基本組成,定時器：給三個脈沖調(diào)制器提供不同時間，不同寬度的觸發(fā)脈沖信號。 固體微波源：是高穩(wěn)定度的CW 振蕩器，在脈沖調(diào)制下形成輸出脈沖。 中間放大器：在微波源脈沖到達后很短時間處于放大狀態(tài)，在微波脈沖結(jié)束后退出放大狀態(tài)，受脈沖控制。 輸出功率放大器：產(chǎn)生大功率的脈沖射頻信號。 特點：調(diào)制準確，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜調(diào)制，系統(tǒng)復(fù)雜，昂貴，效率低,一、工作頻率或頻段 二、輸出功率 三、總效率 四、信

8、號形式 五、信號的穩(wěn)定度或頻譜純度,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,工作頻率,與器件的關(guān)系,1GHZ以下：微波三極管，微波四極管，晶體管。 1GHZ以上：磁控管，行波管，速調(diào)管，晶體管,與功率的關(guān)系,與系統(tǒng)的關(guān)系,頻率越高，功率越低,頻率越高，天線尺寸越小，大氣衰減越大,輸出信號頻率,一、工作頻率或頻段,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,發(fā)射機送入天線輸入端的功率,平均功率,峰值功率,單位時間內(nèi)發(fā)出的功率能量Pav ，脈沖重復(fù)周期內(nèi)的輸出平均功率,脈沖發(fā)出時間點的功率Pt，脈沖期間射頻振蕩的平均功率,三、總效率,輸入發(fā)射機的總平均功率,輸出和輸入的功率比,工作比，占空比,二、輸出功率,2:雷達發(fā)射機

9、的主要質(zhì)量指標,四、信號形式,發(fā)射信號的形式,雷達的常用信號形式,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,工作比,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,三種典型雷達信號形式和調(diào)制波形,固定載頻矩形脈沖調(diào)制信號,線性調(diào)頻信號,相位編碼信號,子脈沖寬度,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,五、脈沖波形,脈沖：瞬間突然變化、作用時間極短的電壓或電流稱為脈沖信號，簡稱為脈沖,常見的幾種脈沖波形,矩形脈沖信號的獲取方法有兩種,產(chǎn)生：不用信號源，加上電源自激振蕩，直接產(chǎn)生波形,整形：輸入信號源進行整形,脈沖產(chǎn)生電路：多諧振蕩器,脈沖整形（變換）電路：施密特觸發(fā)器、 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,脈沖周期T,脈沖幅度

10、Vm,脈沖寬度,上升時間tr,下降時間tf,占空比,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,1.信號的穩(wěn)定度 信號各項參數(shù)（如信號的振幅、頻率、相位、脈沖寬度和脈沖重復(fù)頻率等）是否隨時間作不應(yīng)有的變化。 2.信號的頻譜純度 雷達信號在應(yīng)有信號頻譜之外的寄生輸出。 頻譜純度為穩(wěn)定度在頻域中的表示,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,六、信號的穩(wěn)定度或頻譜純度,信號參數(shù)的不穩(wěn)定可分為規(guī)律性的與隨機性的兩類, 規(guī)律性的不穩(wěn)定往往是由電源濾波不良、機械震動等原因引起的, 而隨機性的不穩(wěn)定則是由發(fā)射管的噪聲和調(diào)制脈沖的隨機起伏所引起的,矩形射頻脈沖列的理想頻譜,由圖可知：主瓣寬度2/，隨而。主要能量集中在主瓣,2:雷達

11、發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,實際發(fā)射信號的頻譜,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,從圖中可以看出，存在兩種類型的寄生輸出：一類是離散的；另一類是分布寄生輸出，前者相應(yīng)于信號的規(guī)律性不穩(wěn)定，后者相應(yīng)于信號的隨機性不穩(wěn)定,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,對于離散型寄生輸出,對于分布型寄生輸出,離散型寄生譜,分布型寄生譜,例1： 某型機載脈沖雷達的峰值功率Pt=10kW,使用兩種PRF, fr1=10kHz, fr1=30kHz,如果平均發(fā)射功率Pav為常數(shù)并等于1500W時，每種PRF的脈沖寬度是多少？計算每種情況下的脈沖能量,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,解：由于Pav為常數(shù)，所有的兩種PRF具有相同的占空

12、比（因子,脈沖重復(fù)周期（間隔）是,由此,2:雷達發(fā)射機的主要質(zhì)量指標,一、單級振蕩式發(fā)射機,一）特點 （二）組成 （三）波形 （四）各部分電路功用,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,一）特點,大功率射頻振蕩器做末級,優(yōu)點：簡單、經(jīng)濟、比較輕便。 缺點： 頻率穩(wěn)定度較差（一般10-410-5）； 難以形成復(fù)雜的波形； 相繼射頻脈沖不相參,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,二）組成,1.基本結(jié)構(gòu),3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,2.帶預(yù)調(diào)器的結(jié)構(gòu),3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,三）波形,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,四）各部分電路功用,1）電源：供給交、直流電能。 （2）射頻振蕩器：把直

13、流電源轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l振蕩的電能（能量轉(zhuǎn)換器）。 米波超短波三極管； 分米波微波三極管或磁控管； 厘米波多腔磁控管,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,3）脈沖調(diào)制器：控制射頻振蕩器的振蕩方式。 實際上就是大功率脈沖產(chǎn)生器或脈沖功率放大器，用于產(chǎn)生等幅、等寬、等周期矩形脈沖，控制射頻振蕩器按脈沖規(guī)律工作。 （4）預(yù)調(diào)器：產(chǎn)生小功率的預(yù)調(diào)脈沖,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,二、主振放大式發(fā)射機,一）特點 （二）組成 （三）各部分電路功用 （四）應(yīng)用舉例,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,一）特點,大功率射頻功率放大器做末級,缺點：復(fù)雜、昂貴、笨重。 優(yōu)點： 頻率穩(wěn)定度高； 產(chǎn)生相參信號； 適用于頻率

14、捷變雷達； 用于形成復(fù)雜調(diào)制波形,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,相參信號,信號的相參性兩個信號相位間存在確定關(guān)系,單級振蕩式發(fā)射機：振蕩器工作狀態(tài)由脈沖調(diào)制器控制，每個射頻脈沖起始射頻相位由振蕩器噪聲決定具有隨機性，即射頻信號相位不相參。 主振放大式發(fā)射機：主控振蕩器提供基準連續(xù)波信號，射頻脈沖通過脈沖調(diào)制器控制射頻功率放大器產(chǎn)生。相繼射頻脈沖具有固定的相位關(guān)系,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,二）組成,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,三）各部分電路功用,1）主控振蕩器（固態(tài)微波源） 產(chǎn)生低電平射頻振蕩信號。 現(xiàn)代雷達要求射頻信號頻率很穩(wěn)定，用一級振蕩器很難滿足要求，往往是比較復(fù)雜系統(tǒng)

15、。 主控振蕩器通常由石英晶體振蕩器、多級倍頻器、上變頻器等固體器件組成，所以又稱“固體微波源,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,2）射頻放大鏈 一般由23級射頻功率放大器級聯(lián)而成，包括中間射頻功率放大器、輸出功率放大器，將固體微波源產(chǎn)生的低電平放大到高功率電平。 當雷達工作頻率在1000MHz以下時，放大管多采用微波三、四極管（柵控管）； 當雷達工作頻率在1000MHz以上時，放大管多采用大功率速調(diào)管、行波管和前向行波管,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,3）脈沖調(diào)制器 產(chǎn)生矩形脈沖控制射頻振蕩器振蕩。 但各級射頻功率放大器所需調(diào)制脈沖的參數(shù)（脈沖寬度、延遲時間等）不同。 （4）定時器 由于各

16、脈沖調(diào)制器不同時工作，需要定時器協(xié)調(diào)各調(diào)制器工作時間,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,四）應(yīng)用舉例,采用頻率合成技術(shù)的主振放大式發(fā)射機,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,能產(chǎn)生復(fù)雜波形的主振放大式發(fā)射機,3、單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機,一、發(fā)展概況和特點 二、固態(tài)高功率放大器模塊 三、固態(tài)發(fā)射機的應(yīng)用,4、固態(tài)發(fā)射機,一）發(fā)展概況和特點,近年來，微波半導(dǎo)體大功率器件獲得了發(fā)展。固態(tài)發(fā)射機通常由幾十個-幾千個固態(tài)發(fā)射模塊組成，已在機載雷達、相控陣雷達等雷達中逐步代替常規(guī)微波電子管發(fā)射機,4、固態(tài)發(fā)射機,優(yōu)點： 1、不需要陰極加熱、壽命長； 2、具有很高的可靠性； 3、體積小、重量輕； 4、工

17、作頻帶寬、效率高； 5、系統(tǒng)設(shè)計和運用靈活； 6、維護方便，成本較低,4、固態(tài)發(fā)射機,4、固態(tài)發(fā)射機,二）固態(tài)高功率放大模塊,固態(tài)高功率放大器模塊,并行組合多個大功率微波晶體管的輸出功率,大功率微波晶體管,2G以下：硅雙級晶體管，功率和增益較低 2G以上：GaAs FET（砷化鎵場效應(yīng)管,集中合成,空間合成,主要用于相控陣雷達,可用于中小功率的雷達發(fā)射機輻射源,輸出功率效率高，決定于n和最后一級功率,由于微波功率合成網(wǎng)絡(luò)的插入損耗將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件和無源器件集成在一起，系統(tǒng)有損耗,空間合成的輸出結(jié)構(gòu),4、固態(tài)發(fā)射機,優(yōu)點：1-n2個末級功率輸出模塊每一個與相應(yīng)的輻射單元相接，從而減小了

18、射頻功率的饋線傳輸損失，提高了發(fā)射效率。缺點：發(fā)射不集中,集中合成的輸出結(jié)構(gòu),4、固態(tài)發(fā)射機,有損耗，由于微波功率合成網(wǎng)絡(luò)的插入損耗將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件和無源器件集成在一起,4、固態(tài)發(fā)射機,三）微波單片集成（MMIC）收發(fā)模塊,微波單片集成電路(MMIC)的最新發(fā)展, 使固態(tài)收發(fā)模塊在相控陣雷達中的應(yīng)用達到實用階段。微波單片集成電路采用了新的模塊化設(shè)計方法, 將固態(tài)收發(fā)模塊中的有源器件(線性放大器、低噪聲放大器、飽和放大器或有源開關(guān)等)和無源器件(電阻、電容、電感、二極管和傳輸線等)制作在同一塊砷化鎵(GaAs)基片上, 從而大大提高了固態(tài)收發(fā)模塊的技術(shù)性能, 使成品的一致性好, 尺寸小

19、, 重量輕,典型的微波單片集成收發(fā)模塊的組成框圖：收發(fā)模塊主要由功率放大器、低噪聲放大器、寬帶放大器、移相器、衰減器、限幅收發(fā)開關(guān)和環(huán)行器等部件組成, 具有高集成度、 高可靠性和多功能特點,相控陣雷達的單片集成收發(fā)模塊組成框圖,4、固態(tài)發(fā)射機,近年來微波單片集成收發(fā)模塊發(fā)展很快, 并且已經(jīng)成為相控陣雷達的關(guān)鍵部件。從超高頻波段至厘米波波段, 都有可供實用的微波單片集成收發(fā)模塊, 表列出了從L波段至X波段的幾種集成收發(fā)模塊的主要性能參數(shù)及其體積和重量。 微波單片集成收發(fā)模塊的主要優(yōu)點如下: (1) 成本低。因為由有源和無源器件構(gòu)成的高集成度和多功能電路是用批量生產(chǎn)工藝制作在相同的基片上的, 它不

20、需要常規(guī)的電路焊接裝配過程, 所以成本低廉。 (2) 高可靠性。采用先進的集成電路工藝和優(yōu)化的微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù), 沒有常規(guī)分離元件電路的硬線連接和元件組裝過程, 因此單片集成收發(fā)模塊的可靠性大大提高,4、固態(tài)發(fā)射機,相控陣雷達的幾種單片集成收發(fā)模塊性能參數(shù),4、固態(tài)發(fā)射機,3) 電路性能一致性好、成品率高。單片集成收發(fā)模塊是在相同的基片上批量生產(chǎn)制作的, 電路性能的一致性很好, 成品率高, 在使用維護中的替換性也很好。 (4) 尺寸小、重量輕。有源和無源器件制作在同一塊砷化鎵基片上, 電路的集成度很高, 它的尺寸和重量與常規(guī)的分離元件制作的收發(fā)模塊相比越來越小。如表2.6所示, L波段的單片集成收

21、發(fā)模塊的尺寸為67.2 cm2, 重量僅為4盎司 (即0.113 kg,4、固態(tài)發(fā)射機,三）固態(tài)發(fā)射機的應(yīng)用,1、在相控陣雷達中的應(yīng)用,2、在全固態(tài)化高可靠性雷達中的應(yīng)用,3、在連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用,4、固態(tài)發(fā)射機,1. 在相控陣雷達中的應(yīng)用 固態(tài)模塊在相控陣雷達中的應(yīng)用已受到重視。 相控陣天線中的每個輻射元由單個的固態(tài)收發(fā)模塊組成。相控陣天線利用電掃描方式, 使每個固態(tài)模塊輻射的能量在空間合成為所需要的高功率輸出, 從而避免了采用微波網(wǎng)絡(luò)合成功率所引起的損耗,4、固態(tài)發(fā)射機,典型的L波段相控陣發(fā)射/接收模塊,4、固態(tài)發(fā)射機,在發(fā)射狀態(tài), 邏輯控制電路發(fā)出指令, 使移相器收發(fā)開關(guān)

22、處于發(fā)射方式(即保證移相器與預(yù)放大器接通)。射頻信號經(jīng)過移相器加到預(yù)放大器和功率放大器上, 再經(jīng)過環(huán)行器后直接激勵相控陣天線中的某個陣元。在接收狀態(tài), 邏輯控制電路使移相器收發(fā)開關(guān)處于接收方式(即保證低噪聲放大器與移相器接通), 由天線陣元接收到的射頻回波信號經(jīng)環(huán)行器和限幅器收發(fā)開關(guān)后加至低噪聲放大器, 然后再經(jīng)過移相器送至射頻綜合網(wǎng)絡(luò)。 射頻綜合網(wǎng)絡(luò)合成從各個陣元的發(fā)射/接收組件返回的射頻回波信號, 最后送至由計算機控制的相控陣雷達信號處理機,4、固態(tài)發(fā)射機,2. 在全固態(tài)化高可靠性雷達中的應(yīng)用,L波段高可靠性全固態(tài)化發(fā)射機,4、固態(tài)發(fā)射機,圖示出了一個L波段高可靠全固態(tài)化發(fā)射機的應(yīng)用實例。

23、 這個固態(tài)發(fā)射機的輸出峰值功率為8 kW、平均功率為1.25 kW。 它的主要特點是: (1) 功率放大級采用64個固態(tài)放大集成模塊組成, 每個峰值功率為150 W、增益為20 dB、帶寬為200 MHz、效率為33 %; (2) 采用高性能的18功率分配器和81的功率合成器, 保證級間有良好的匹配和高的功率傳輸效率; (3) 采用兩套前置預(yù)放大器(組件65和66), 如果一路預(yù)放大器失效, 轉(zhuǎn)換開關(guān)將自動接通另一路。 上述三點使這個固態(tài)發(fā)射機具有高可靠性, 而且體積小、重量輕、 機動性好,4、固態(tài)發(fā)射機,3. 在連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用,4、固態(tài)發(fā)射機,連續(xù)波對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)的固態(tài)

24、發(fā)射機,圖示出一種用于連續(xù)波體制對空監(jiān)視雷達系統(tǒng)的固態(tài)發(fā)射機的組成框圖。這個連續(xù)波對空監(jiān)視雷達提供高空衛(wèi)星及其它空中目標的檢測和跟蹤數(shù)據(jù),工作頻率為217 MHz。為了提高雷達系統(tǒng)的性能, 用固態(tài)發(fā)射機直接代替了原來體積龐大, 效率較低的電子管發(fā)射機。整個天線陣面由2592個相控陣偶極子輻射器組成。每個輻射器直接由一個平均功率為320 W的固態(tài)發(fā)射模塊驅(qū)動。由于固態(tài)發(fā)射模塊與偶極子輻射器采用了一體化結(jié)構(gòu), 與電子管發(fā)射機相比, 功率傳輸效率提高了1 dB。2592個固態(tài)發(fā)射模塊輸出的總平均功率為830 kW, 當考慮天線陣面的增益時, 在空中合成的有效輻射功率高達98 dBW,4、固態(tài)發(fā)射機,

25、與原來的電子管發(fā)射機相比, 這個固態(tài)發(fā)射機具有如下優(yōu)點: (1) 高效率、低損耗。由于2592個固態(tài)發(fā)射模塊與對應(yīng)的偶極子輻射器在結(jié)構(gòu)上是一體化的, 沒有電子管發(fā)射機必不可少的微波功率輸出分配網(wǎng)絡(luò)帶來的損耗, 整個發(fā)射機的效率為52.6 %, 比原來電子管發(fā)射機的效率(26.4 %)提高了 1 倍。 (2) 高可靠性。 固態(tài)發(fā)射模塊本身的平均無故障間隔時間已超過100 000 h, 整個發(fā)射系統(tǒng)的可靠性為0.9998。 (3) 體積小、重量輕、維護方便。原來的發(fā)射機由18個輸出功率為50 kW的高功率電子管末級放大器組成, 需要的附加安全防護設(shè)備很多, 體積龐大, 維修困難。固態(tài)發(fā)射機使用25

26、92個平均功率為320 W的固態(tài)模塊, 直流供電電壓為28 V, 使用和維護很方便,4、固態(tài)發(fā)射機,典型的固態(tài)發(fā)射模塊的性能參數(shù),4、固態(tài)發(fā)射機,連續(xù)波對空監(jiān)視雷達固態(tài)發(fā)射機和電子管發(fā)射機性,4、固態(tài)發(fā)射機,一、任務(wù) 二、組成 三、基本工作原理 四、典型線路,5、脈沖調(diào)制器,一）任務(wù),脈沖調(diào)制器解決的關(guān)鍵問題： 盡可能降低對于電源部分的高峰值功率的要求，實現(xiàn)用較小功率電源產(chǎn)生較大峰值功率射頻脈沖,在單級振蕩式和主振放大式發(fā)射機中都需要脈沖調(diào)制器,產(chǎn)生等幅、等寬、等時間間隔的視頻脈沖序列控制發(fā)射機輸出高頻脈沖序列,5、脈沖調(diào)制器,把初級電源變換成符合要求的直流或交流電源,在脈沖間歇期存儲電源送來

27、的能量，降低對電源部分的高峰值功率的要求,平時接通電源可以儲能，脈沖發(fā)射期間接通儲能和負載,5、脈沖調(diào)制器,二）組成,1）電源部分： 把初級電源（市電）變換成符合要求直流電源。 （2）能量儲存部分 為有效利用電源功率，采用儲能元件在脈沖間歇期間把電源送來的能量儲存起來，等到脈沖期間再把儲存的能量放出去，交給射頻發(fā)生器。 常用儲能元件有電容器和人工長線（或稱仿真線,5、脈沖調(diào)制器,3）脈沖形成部分 用開關(guān)控制儲能元件對負載（高頻振蕩器）放電，以提供電壓、功率、脈沖寬度及脈沖波形等都滿足要求的視頻脈沖。調(diào)制開關(guān)（剛性和軟性）：平時接通電源可以儲能，脈沖發(fā)射期間接通儲能和負載。 常用的開關(guān)元件有真空

28、三四極管，氫閘流管，半導(dǎo)體開關(guān)元件（可控硅元件）和具有非線性電感的磁開關(guān)等,5、脈沖調(diào)制器,5、脈沖調(diào)制器,三）基本工作原理,為了有效利用電源功率，采用儲能元件在較長的脈沖間歇期間把電源送來的能量儲存起來，等到短促的脈沖期間再把儲存的能量提供放給射頻發(fā)生器，已形成高功率輸出脈沖,5、脈沖調(diào)制器,四）典型線路,1.剛性開關(guān)脈沖調(diào)制器 2.軟性開關(guān)脈沖調(diào)制器,5、脈沖調(diào)制器,一、任務(wù)、特點,任務(wù)： 在 控制下產(chǎn)生負極性特高壓、矩形調(diào)制脈沖,由高壓電源Ea和快速開關(guān)K組成產(chǎn)生負極性特高壓矩形調(diào)制脈沖方案,5、脈沖調(diào)制器,二、組成分類,1. 并聯(lián)電路方案之一,儲能元件與振蕩器“并聯(lián)，限制器兼作充電限流

29、元件,K “1”充電儲能 Wc PcT,K“2”放電、放能 W= Pt,若無損耗，則 Wc = W,可得,K“1”：電源以“細水長流”方式。如同水庫平時儲水；以小功率，長時間儲能在“儲能元件”內(nèi),K“2”；以大功率，矩時間放能到負載（磁控管）“振蕩器”；以“長時間”換取大功率，所得增益為S,2. 串聯(lián)電路方案之二,儲能元件與振蕩器“串聯(lián)”；限制器還防止K閉合時電源被短路,5、脈沖調(diào)制器,脈沖調(diào)制器構(gòu)成主要器件,儲能元件：電容、電感、仿真線（由電感電容構(gòu)成,限制器：限流電阻、搶流圈,船用雷達常用三種脈沖調(diào)制器,1）電容儲能、部分放電式剛性管脈沖調(diào)制器,2）仿真線儲能、完全放電式軟性管脈沖調(diào)制器,

30、3）電容/仿真線儲能、完全放電式，因態(tài)開關(guān)脈沖調(diào)制器,二、剛性脈沖調(diào)制器,1. 典型電路,5、脈沖調(diào)制器,1. 電路說明,2. 真空管(電子管) 剛性開關(guān)特點,5、脈沖調(diào)制器,注 意,在m內(nèi)，C3只放部分電荷。 UCmin+UCmax稱“部分放電式”,2) 電路分析要點,分析思路：畫充放電等效電路 列微分議程 按初始條件簡化方程，得充放電流、電壓表達式畫曲線、分析 結(jié)論,5、脈沖調(diào)制器,結(jié)論：從所需電源高低及充電效率高低看，均采用部分放電較有利，只有對于更大功率雷達，要Ua、Iao很大，C3、G1承受不了，才不得不用完全放電式,5、脈沖調(diào)制器,2）C3放電,3) 峰化電感L及削反峰二極管D作用

31、,L與Co構(gòu)成振蕩電路,t= 放電結(jié)束時，L上感應(yīng)上正、下負電壓加速脈沖后沿（tf)；正向振蕩用D削去,5、脈沖調(diào)制器,三、軟性脈沖調(diào)制器,1. 典型電路,1）電路說明 圖14,L充電電感,D隔離二極管,G1閘流管（軟性開關(guān)管,X由電感、電容接成的仿真線,B脈沖變壓器,G2磙控管,D1、R2X過壓保護元件,2）閘流管特點,內(nèi)部充氫，有電離和消電離時間，開關(guān)通斷不利爽，稱“軟性管,單向控制，零偏壓，正啟動特性,通： 前沿要陡，幅度低，預(yù)調(diào)器簡單,斷：Ua降到100150V時，IaI0（導(dǎo)通維持電流）時,輸出功率P0大，內(nèi)阻小，高,C2R3消肩峰元件,5、脈沖調(diào)制器,2. 工作概述,1) 工作過程

32、,G1止，在T內(nèi)，+Ea經(jīng)L、D、B初級對X充電、儲能,Vc=Vcmax2Ea后由D隔離保持,G1通，經(jīng)G1對B初級等效負載放電，若負載與X特性阻抗匹配，則B,初級獲得幅度為Vcmax/2、寬度為的調(diào)制脈沖，經(jīng)B升壓后送到G2,2) 電路分析要點,1) X充電 直流諧振充電,充電等效電路,L充電電感,r0充電回路總電阻，含,L損耗電阻,D內(nèi)阻,B初級電阻,C0X等效總電容,C0=nc n節(jié)數(shù)；c單節(jié)電容,5、脈沖調(diào)制器,是全部放電 UComin=0,實際可做到充電電路品質(zhì)因數(shù) Q0=1020,則,則,ic=(t)UCo(t)二式可簡化為,式中,5、脈沖調(diào)制器,5、脈沖調(diào)制器,2）X放電調(diào)制脈沖

33、的形成,鏈型仿真線,注 意,5、脈沖調(diào)制器,X放電等效電路,X放電幾種情況,匹配放電,根據(jù)完全放電、能量平衡式可寫為,可得仿真線單節(jié)L1、C1算式,5、脈沖調(diào)制器,RL ZC 正失配,URL 為衰減階梯形放電,RL ZC 正負正配,URL呈衰減振蕩方波,實際工作在匹配或略負失配下，以得到矩形脈沖輸出，因負失配而出現(xiàn)的反向脈沖可用D 1、R 2消除,URL(0) E / 2,URL(0) E / 2,5、脈沖調(diào)制器,磁控管打火時，D LR C仿真線上出現(xiàn)反向充電，并和下周期仿真線充電電壓疊加、打火繼續(xù)，仿真線上電壓越積累越高，甚至達6E a，接D 1、R 2可放掉仿真線上反極性電壓,3. 保護電路及消肩峰電路,1) 保護電路,1) 仿真線保護電路D 1、R 2,D 1、R 2是仿真線保護電路，以免仿真線、閘流管過壓受損。仿真線過壓成因,5、脈沖調(diào)制器,2) 預(yù)調(diào)器保護電路低通濾波器,低通濾波器可消除閘流管起燃時，在閘流管控制柵極上出現(xiàn)的高電壓脈沖，以免預(yù)調(diào)器被擊穿,2) 消肩峰電路C 2、R 3,磁控管未振蕩(C aE C，正失配，出現(xiàn)起始肩峰